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機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)作業(yè)1篇一
1、動力系統(tǒng)（動力源）、傳感檢測系統(tǒng)（傳感器）、執(zhí)行元件系統(tǒng)（如電動機(jī)）等五個子系統(tǒng)組成。
2、系統(tǒng)必須具有以下三大“目的功能”：①變換（加工、處理）功能；②傳遞（移動、輸送）功能；③儲存（保持、積蓄、記錄）功能。
3的變換、調(diào)整功能，可將接口分成四種：1）零接口；2）無源接口；3）有源接口；4）智能接口。
4、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的考慮方法通常有：機(jī)電互補(bǔ)法、結(jié)合（融合）法和結(jié)合法。
5擦、低慣量、高強(qiáng)度、高諧振頻率、適當(dāng)?shù)淖枘岜鹊纫蟆?/p>
6、為達(dá)到上述要求，主要從以下幾個方面采取措施：
1）采用低摩擦阻力的傳動部件和導(dǎo)向支承部件，如采用滾珠絲杠副、滾動導(dǎo)向支承、動（靜）壓導(dǎo)向支承等。
2如用加預(yù)緊的方法提高滾珠絲杠副和滾動導(dǎo)軌副的傳動和支承剛度；采用大扭矩、寬調(diào)速的直流或交流伺服電機(jī)直接與絲杠螺母副連接以減少中間傳動機(jī)構(gòu)；絲杠的支承設(shè)計(jì)中采用兩端軸向預(yù)緊或預(yù)拉伸支承結(jié)構(gòu)等。
3的等效動慣量，盡可能提高加速能力。
5如選用復(fù)合材料等來提高剛度和強(qiáng)度，減輕重量、縮小體積使結(jié)構(gòu)緊密化，以確保系統(tǒng)的小型化、輕量化、高速化和高可靠性化。
機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)作業(yè)1篇二
（一）判斷題
1．在機(jī)電一體化系統(tǒng)驅(qū)動裝置中，反饋通道上環(huán)節(jié)的誤差與輸入通道上環(huán)節(jié)的誤差對系統(tǒng)輸出精度的影響是相同的。（＋）
2．通常，采用std總線的工業(yè)控制機(jī)與外部設(shè)備的電氣接口均為ttl電平接口。
（－）
（二）選擇題
1．在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，機(jī)械傳動要滿足伺服控制的三個主要要求是（a）。
a．傳動精度、穩(wěn)定性、快速響應(yīng)性
b．傳動精度、穩(wěn)定性、低噪聲c．傳動精度、高可靠性、小型輕量化d．傳動精度、高可靠性、低沖擊振動
2．在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，通過（b、c、e）可有效提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
a．提高驅(qū)動元件的驅(qū)動力
b．增大執(zhí)行裝置的固有頻率 c．提高系統(tǒng)的阻尼能力
d．減小機(jī)構(gòu)的傳動誤差 e．消除傳動系統(tǒng)的回程誤差
（三）簡答題
例：試述機(jī)電一體化產(chǎn)品的定義和分類方法。
解答：機(jī)電一體化產(chǎn)品是新型機(jī)械與微電子器件，特別是與微處理器、微型計(jì)算機(jī)相接合而開發(fā)的新一代電子化機(jī)械產(chǎn)品。
按用途可分為信息機(jī)電一體化產(chǎn)品、產(chǎn)業(yè)機(jī)電一體化產(chǎn)品和家庭用機(jī)電一體化產(chǎn)品。
（四）分析題
例：已知數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)如圖所示，試說明圖中的各個部分屬于機(jī)電一體化系統(tǒng)中的哪個基本要素？
解：（1）依題意有兩種測量方案 a.高速端測量方案：
傳感器安裝在電機(jī)的尾部，通過測量電機(jī)的轉(zhuǎn)角實(shí)現(xiàn)工作臺位移的間接測量?？蛇x用光電編碼器式傳感器或者磁電式編碼器。
b.低速端測量方案： 傳感器安裝在工作臺上，直接測量工作臺的位移?？蛇x用光柵式位移傳感器、感應(yīng)同步器或者電位計(jì)式位移傳感器。
(2)控制計(jì)算機(jī)和控制方案的選擇
可以使用工業(yè)pc機(jī)及或者單片機(jī)完成系統(tǒng)的控制。具體可有以下三種方案： a．工業(yè)pc機(jī)集中控制方案：用一臺工業(yè)pc機(jī)對三個自由度實(shí)現(xiàn)集中控制，包括任務(wù)管理和三個自由度的伺服控制系統(tǒng)原理圖如下：
b．工業(yè)pc機(jī)、單片機(jī)分級控制方案：用一臺工業(yè)pc機(jī)與三個單片機(jī)通信，對三個單片機(jī)實(shí)現(xiàn)管理，每個單片機(jī)負(fù)責(zé)一個自由度的伺服控制，控制系統(tǒng)原理圖如下：
機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)作業(yè)1篇三
試卷代號：0991 國家開放大學(xué)(中央廣播電視大學(xué))2015年春季學(xué)期“開放本科”期末考試
機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)
試題
2015年7月
一、單選題(每小題3分，共24分)
1．機(jī)電一體化技術(shù)是以（）技術(shù)為核心，強(qiáng)調(diào)各種技術(shù)的協(xié)同和集成的綜合性技術(shù)。
a．自動化
b．電子
c．機(jī)械
d．軟件
2．多級齒輪傳動中，各級傳動比相等的分配原則適用于按（）設(shè)計(jì)的傳動鏈。
a.最小等效轉(zhuǎn)動慣量原則
b．輸出軸的轉(zhuǎn)角誤差最小原則
c.小功率裝置的重量最輕原則
d．大功率裝置的重量最輕原則
3．下列哪項(xiàng)指標(biāo)是傳感器的動特性?（）
a．量程
b．線性度
c．靈敏度
d.幅頻特性
4．有一脈沖電源，通過環(huán)形分配器將脈沖分配給五相十拍通電的步進(jìn)電機(jī)定子勵磁繞組，已知轉(zhuǎn)子有24個齒，步進(jìn)電機(jī)的步距角是（）。
a．0.6o
b．1.2 o
c．1.5 o
d．2 o 5．計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行時，需要由用戶自行編寫（），具有實(shí)時性、針對性、靈活性和通用性。
a．應(yīng)用軟件
b．開發(fā)軟件
c.系統(tǒng)軟件
d．實(shí)時軟件
6．pid控制算法中，微分調(diào)節(jié)器的主要作用是（）。
a．消除靜差
b．加快響應(yīng)
c.減小振蕩
d．提高穩(wěn)定性
7．含有微處理器，可進(jìn)行程序編制或適應(yīng)條件變化的接口是（）。
a.零接口
b．被動接口
c.主動接口
d．智能接口
—1a噴漆機(jī)器人中的旋轉(zhuǎn)變壓器屬于系統(tǒng)中的（）。
a．能源部分
b．測試傳感部分
c．控制器
d．執(zhí)行機(jī)構(gòu)
二、判斷題(正確的打√，錯誤的打x，每題3分，共30分)
9．機(jī)電一體化產(chǎn)品不僅是人的肢體的延伸，還是人的感官與頭腦功能的延伸，具有“智能化”的特征是機(jī)電一體化與機(jī)械電氣化在功能上的本質(zhì)差別。（）
10．采用偏心軸套調(diào)整法對齒輪傳動的側(cè)隙進(jìn)行調(diào)整，結(jié)構(gòu)簡單，且可以自動補(bǔ)償側(cè)隙。
（）
11．伺服驅(qū)動系統(tǒng)在控制信息作用下提供動力，伺服驅(qū)動包括電動、氣動、液壓等各種類型的驅(qū)動裝置。（）
12．永磁型步進(jìn)電動機(jī)即使其定子繞組斷電也能保持一定轉(zhuǎn)矩，故具有記憶能力，可用于定位驅(qū)動。（）
13．直流伺服電動機(jī)的調(diào)速特性是電機(jī)轉(zhuǎn)速與其輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。（）
14．自動控制是在人直接參與的情況下，通過控制器使被控對象或過程自動地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。（）15．無論采用何種控制方案，系統(tǒng)的控制精度總是低于檢測裝置的精度。（）
16．plc完善的自診斷功能，能及時診斷出plc系統(tǒng)的軟件、硬件故障，并能保護(hù)故障現(xiàn)場，保證了plc控制系統(tǒng)的工作安全性。（）
17．現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是將系統(tǒng)劃分為硬件和軟件兩個獨(dú)立的部分，然后按各自的設(shè)計(jì)流程分別完成。（）
18．反求設(shè)計(jì)是建立在概率統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)之上，主要任務(wù)是提高產(chǎn)品的可靠性，延長使用壽命，降低維修費(fèi)用。（）
三、簡答題(每小題8分，共24分)19．簡述完善的機(jī)電一體化系統(tǒng)五大組成要素。20．什么是傳感器的校準(zhǔn)?并簡述如何進(jìn)行校準(zhǔn)? 21．機(jī)電一體化系統(tǒng)仿真在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中所起的作用是什么?
四、計(jì)算題(10分)
五、綜合題(12分)
23．假定你在設(shè)計(jì)一套典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)，比如數(shù)控機(jī)床，請制訂出概念設(shè)計(jì)的流程。
試卷代號：0991
國家開放大學(xué)(中央廣播電視大學(xué))2015年春季學(xué)期‘‘開放本科”期末考試
機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)
試題答案及評分標(biāo)準(zhǔn)
(供參考)
2015年7月
一、單選題(每題3分，共24分)
1．b
2．c
3．d
4．c
5.a
6．b
7．d
8．b
二、判斷題(每題3分，共30分)
9．√
10．x
11．√
12．√
13．x
14．x
15．√
16．√
17．x
18．x
三、簡答題(每小題8分，共24分)
19．答：機(jī)電——體化系統(tǒng)是由機(jī)械本體和動力系統(tǒng)，檢測傳感系統(tǒng)和執(zhí)行部件，信息處理及控制系統(tǒng)五部分相互協(xié)調(diào)，共同完成所規(guī)定的目的功能。
20．答：傳感器在使用前、使用中或擱置一段時間再使用時必須對其性能參數(shù)進(jìn)行復(fù)測或做必要的調(diào)整和修正，以確保傳感器的測量精度，這個復(fù)測調(diào)整過程稱為校準(zhǔn)。
為了對傳感器有一個長期的、穩(wěn)定的和高精度的基準(zhǔn)，在一些測量儀器中特別是內(nèi)部裝有微處理器的測量儀器中，很容易實(shí)現(xiàn)自動校準(zhǔn)功能。對傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)時，需要精度比它高的基準(zhǔn)器，這種基準(zhǔn)器受時間的推移和使用的磨損等因素的影響，參數(shù)會隨之改變。因此對這種基準(zhǔn)器還要用更高精度的基準(zhǔn)器來定期校準(zhǔn)。
21．答：在進(jìn)行項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和規(guī)劃時，往往需要對項(xiàng)目的合理性、經(jīng)濟(jì)性等品質(zhì)加以評價(jià)； 在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行前，也希望對項(xiàng)目的實(shí)施結(jié)果加以預(yù)測，以便選擇正確、高效的運(yùn)行策略或提前消除設(shè)計(jì)中的缺陷，最大限度地提高實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行水平。采用仿真技術(shù)可以省時、省力、省錢地達(dá)到上述目的。
四、計(jì)算題(10分)
22．解：左端外齒輪旋轉(zhuǎn)一周，螺母軸向移動6mm，則每轉(zhuǎn)一個齒，螺母的軸向移動6／100 ＝0.06mm；
右端外齒輪旋轉(zhuǎn)一周，螺母軸向移動6mm，則每轉(zhuǎn)—個齒，螺母的軸向移動6／98＝0.0612mm；
當(dāng)兩端轉(zhuǎn)向相同時：一端的外齒輪相對于另一端的外齒輪轉(zhuǎn)過1個齒時，相對移動的軸向距離為0.0612—0.06=0.012(mm)，所以當(dāng)一端的外齒輪相對于另—端的外齒輪轉(zhuǎn)過2個齒時相對移動的軸向距離為(0.0612—0.06)*2=0.0024(mm)。
五、綜合題(12分)
23．解：產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)決定性地影響產(chǎn)品創(chuàng)新過程中后續(xù)的產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品生產(chǎn)開發(fā)、產(chǎn)品市場開發(fā)以及企業(yè)經(jīng)營戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)包含以下流程：
(1)首先是將設(shè)計(jì)任務(wù)抽象化，確定出系統(tǒng)的總功能；(2分)
(2)根據(jù)系統(tǒng)的總功能要求和構(gòu)成系統(tǒng)的功能要素進(jìn)行總功能分解，劃分出各功能模塊，將總功能分解為子功能，直到分解到不能再分解的功能元，形成功能樹；確定它們之間的邏輯關(guān)系；(2分)
(3)對各功能模塊輸入／輸出關(guān)系進(jìn)行分析，確定功能模塊的技術(shù)參數(shù)和控制策略、系統(tǒng)的外觀造型和總體結(jié)構(gòu)；(2分)
(4)尋找子功能(功能元)的解，并將原理解進(jìn)行組合，形成多種原理解設(shè)計(jì)方案；(2分)
(5)以技術(shù)文件的形式交付設(shè)計(jì)組討論、審定。由于體現(xiàn)同——功能的產(chǎn)品可以有多種多樣的工作原理；(2分)
(6)方案進(jìn)行整體評價(jià)：對不同的方案進(jìn)行整體評價(jià)，選擇綜合指標(biāo)最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。最終選定最佳方案形成概念產(chǎn)品。(2分)
(注：繪制出流程圖或文字作答均可)
機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)作業(yè)1篇四
2．為提高機(jī)電一體化機(jī)械傳動系統(tǒng)的固有頻率，應(yīng)設(shè)法（a）。
a．增大系統(tǒng)剛度b．增大系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量
c．增大系統(tǒng)的驅(qū)動力矩d．減小系統(tǒng)的摩擦阻力
3．導(dǎo)程l0=8mm的絲杠驅(qū)動總質(zhì)量為60kg的工作臺與工件，則其折算到絲杠上的等效轉(zhuǎn)動慣量為（b）kg·mm2。
a．48.5b．97
c．4.85d．9.7
4．傳動系統(tǒng)的固有頻率對傳動精度有影響，（b）固有頻率可減小系統(tǒng)地傳動誤差，（a）系統(tǒng)剛度可提高固有頻率。a
a．提高，提高b．提高，減小
c．減小，提高d．減小，減小
5．下列哪種方法是采用單螺母預(yù)緊原理來消除滾珠絲杠副的間隙？（d）
a．螺紋調(diào)隙式b．雙螺母墊片調(diào)隙式
c．齒差調(diào)隙式d．偏置導(dǎo)程法
6.齒輪傳動的總等效慣量隨傳動級數(shù)(?a)。b
a.增加而減小b.增加而增加
c.減小而減小d.變化而不變
7．多級齒輪傳動中，各級傳動比“前小后大”的分配原則不適用于按（d）設(shè)計(jì)的傳動鏈。
a．最小等效轉(zhuǎn)動慣量原則（小功率傳動裝置）
b．最小等效轉(zhuǎn)動慣量原則（大功率傳動裝置）
c．輸出軸的轉(zhuǎn)角誤差最小原則
d．重量最輕原則
8．某機(jī)電一體化系統(tǒng)需要消除齒輪傳動的齒側(cè)間隙，采取下列哪種方法使得調(diào)整過程中能自動補(bǔ)償齒側(cè)間隙？（d）
a．偏心套調(diào)整法b．軸向墊片調(diào)整法
c．薄片錯齒調(diào)整法d．軸向壓簧錯齒調(diào)整法
三、簡答題
1．完善的機(jī)電一體化系統(tǒng)主要包括哪幾部分？
機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)作業(yè)1篇五
一、判斷題
系統(tǒng)論、信息論、控制論是機(jī)電一體化技術(shù)的理論基礎(chǔ)，是機(jī)電一體化技術(shù)的方法論。（√）
plc采用掃描工作方式，掃描周期的長短決定了plc的工作速度。（√）
plc完善的自診斷功能，能及時診斷出plc系統(tǒng)的軟件、硬件故障，并能保護(hù)故障現(xiàn)場，保證了plc控制系統(tǒng)的工作安全性。（√）
傳動機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量取決于機(jī)構(gòu)中各部件的質(zhì)量和轉(zhuǎn)速。（×）
傳感器在使用前、使用中或修理后，必須對其主要技術(shù)指標(biāo)標(biāo)定或校準(zhǔn)，以確保傳感器的性能指標(biāo)達(dá)到要求。（√）電液伺服系統(tǒng)的過載能力強(qiáng)，在強(qiáng)力驅(qū)動和高精度定位時性能好，適合于重載的高加減速驅(qū)動。（√）
對直流伺服電動機(jī)來說，其機(jī)械特性越硬越好。（√）
感應(yīng)同步器是一種應(yīng)用電磁感應(yīng)原理制造的高精度檢測元件，有直線和圓盤式兩種，分別用作檢測直線位移和轉(zhuǎn)角。（√）
工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動部分在控制信息作用下提供動力，包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動方式。（√）滾珠絲杠垂直傳動時，必須在系統(tǒng)中附加自鎖或制動裝置。（√）
機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)與一般的機(jī)械系統(tǒng)相比，應(yīng)具有高精度、良好的穩(wěn)定性、快速響應(yīng)性的特性。（√）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的采樣周期越小，其控制精度就越高。（√）
計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，首先需要對整個系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，然后分別進(jìn)行硬件和軟件的調(diào)試。（×）
進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，由于阻尼對系統(tǒng)的精度和快速響應(yīng)性均產(chǎn)生不利的影響，因此機(jī)械系統(tǒng)的阻尼比ξ取值越小越好。（×）
綠色設(shè)計(jì)是對已有的產(chǎn)品或技術(shù)進(jìn)行分析研究，進(jìn)而對該系統(tǒng)（產(chǎn)品）進(jìn)行剖析、重構(gòu)、再創(chuàng)造的設(shè)計(jì)。（×）脈沖分配器的作用是使電動機(jī)繞組的通電順序按一定規(guī)律變化。（√）目前，大部分硬件接口和軟件接口都已標(biāo)準(zhǔn)化或正在逐步標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)時可以根據(jù)需要選擇適當(dāng)?shù)慕涌?，再配合接口編寫相?yīng)的程序。（√）
氣壓式伺服驅(qū)動系統(tǒng)常用在定位精度較高的場合使用。（×）
驅(qū)動部分在控制信息作用下提供動力，伺服驅(qū)動包括電動、氣動、液壓等各種類型的驅(qū)動裝置。（√）
數(shù)控機(jī)床中的計(jì)算機(jī)屬于機(jī)電一體化系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，而電機(jī)和主軸箱則屬于系統(tǒng)的驅(qū)動部分。（×）數(shù)字化物理樣機(jī)就是一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件，強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)。（×）
數(shù)字式位移傳感器有光柵、磁柵、感應(yīng)同步器等，它們的共同特點(diǎn)是利用自身的物理特征，制成直線型和圓形結(jié)構(gòu)的位移傳感器，輸出信號都是脈沖信號，每一個脈沖代表輸入的位移當(dāng)量，通過計(jì)數(shù)脈沖就可以統(tǒng)計(jì)位移的尺寸。（√）
雙螺母消除軸向間隙的結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，調(diào)整方便，能夠精確調(diào)整。（×）
通常，步進(jìn)電機(jī)的最高連續(xù)工作頻率遠(yuǎn)大于它的最高啟動頻率。（√）
通用型計(jì)算機(jī)系大多工作在為特定用戶群設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，通常都具有低功耗、體積小、集成度高等特點(diǎn)。（×）為減少機(jī)械傳動部件的扭矩反饋對電機(jī)動態(tài)性能的影響，機(jī)械傳動系統(tǒng)的基本固有頻率應(yīng)低于電氣驅(qū)動部件的固有頻率的2~3倍，同時，傳動系統(tǒng)的固有頻率應(yīng)接近控制系統(tǒng)的工作頻率，以免系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩而失去穩(wěn)定性。（×）無論采用何種控制方案，系統(tǒng)的控制精度總是高于檢測裝置的精度。（×）
現(xiàn)場總線系統(tǒng)采用一對一的設(shè)備連線，按控制回路分別進(jìn)行連接，打破了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。（×）現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是將系統(tǒng)劃分為硬件和軟件兩個獨(dú)立的部分，然后按各自的設(shè)計(jì)流程分別完成。（×）信息處理技術(shù)是指在機(jī)電一體化產(chǎn)品工作過程中，與工作過程各種參數(shù)和狀態(tài)以及自動控制有關(guān)的信息輸入、識別、變換、運(yùn)算、存儲、輸出和決策分析等技術(shù)。（√）虛擬設(shè)計(jì)是在基于多媒體的、交互的、嵌入式的三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)環(huán)境中進(jìn)行實(shí)體建模和裝配建模，生成精確的系統(tǒng)模型，并在同一環(huán)境中進(jìn)行一些相關(guān)分析，從而滿足工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用的需要。（√）
需求設(shè)計(jì)是指新產(chǎn)品開發(fā)的整個生命周期內(nèi)，從分析用戶需求到以詳細(xì)技術(shù)說明書的形式來描述滿足用戶需求產(chǎn)品的過程。（√）
選擇傳感器時，如果測量的目的是進(jìn)行定性分析，則選用絕對量值精度高的傳感器，而不宜選用重復(fù)精度高的傳感器。（×）
一般說來，全物理仿真較之計(jì)算機(jī)仿真在時間、費(fèi)用和方便性上都具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，是一種經(jīng)濟(jì)、快捷與實(shí)用的仿真方法。（×）
永磁型步進(jìn)電動機(jī)即使其定子繞組斷電也能保持一定轉(zhuǎn)矩，故具有記憶能力，可用于定位驅(qū)動。（√）在閉環(huán)系統(tǒng)中，因齒輪副的嚙合間隙而造成的傳動死區(qū)能使系統(tǒng)以6~10倍的間隙角產(chǎn)生低頻振蕩，采用消隙裝置，以提高傳動精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性。（×）
直流伺服電動機(jī)的調(diào)速特性是電機(jī)轉(zhuǎn)速與其輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。（×）
自動控制技術(shù)是機(jī)電一體化相關(guān)技術(shù)之一，直接影響系統(tǒng)的控制水平、精度、響應(yīng)速度和穩(wěn)定性。（√）自動控制是在人直接參與的情況下，通過控制器使被控對象或過程自動地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。（×）
二、單選題
以下可對交流伺服電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速的方法是（改變電動機(jī)的供電頻率）。
hrgp-1a噴漆機(jī)器人中的活塞式液壓缸屬于系統(tǒng)中的（驅(qū)動部分）。
hrgp-1a噴漆機(jī)器人中的手部屬于系統(tǒng)中的（執(zhí)行機(jī)構(gòu)）。
閉環(huán)控制的驅(qū)動裝置中，絲杠螺母機(jī)構(gòu)位于閉環(huán)之外，所以它的（回程誤差和傳動誤差都不會影響輸出精度）。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動后，其輸出轉(zhuǎn)矩隨著工作頻率增高而（下降）。
采用脈寬調(diào)制（pwm）進(jìn)行直流電動機(jī)調(diào)速驅(qū)動時，通過改變（脈沖的寬度）來改變電樞回路的平均電壓，從而實(shí)現(xiàn)直流電動機(jī)的平滑調(diào)速。
齒輪傳動的總等效慣量隨傳動級數(shù)(增加而減小)。傳動系統(tǒng)的固有頻率對傳動精度有影響，（b）固有頻率可減小系統(tǒng)地傳動誤差，（a）系統(tǒng)剛度可提高固有頻率。a．提高，提高
導(dǎo)程l0=8mm的絲杠驅(qū)動總質(zhì)量為60kg的工作臺與工件，則其折算到絲杠上的等效轉(zhuǎn)動慣量為（97）kg〃mm2。多級齒輪傳動中，各級傳動比“前小后大”的分配原則不適用于按（重量最輕原則）設(shè)計(jì)的傳動鏈。
多級齒輪傳動中，各級傳動比相等的分配原則適用于按（重量最輕原則（小功率裝置））設(shè)計(jì)的傳動鏈。幅頻特性和相頻特性是模擬式傳感器的（動態(tài)特性指標(biāo)）。光柵傳感器的光柵是在一塊長條形的光學(xué)玻璃上密集等間距平行的刻線，刻線數(shù)為100線/mm，經(jīng)四倍細(xì)分后，記數(shù)脈沖為400，光柵位移是（1）mm。（此光柵傳感器測量分辨率是（0.01）mm。）含有微處理器，可進(jìn)行程序編制或適應(yīng)條件變化的接口是（智能接口）。
計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行時，需要由用戶自行編寫（應(yīng)用軟件），具有實(shí)時性、針對性、靈活性和通用性。檢測環(huán)節(jié)能夠?qū)敵鲞M(jìn)行測量，并轉(zhuǎn)換成比較環(huán)節(jié)所需要的量綱，一般包括傳感器和（轉(zhuǎn)換電路）。
某機(jī)電一體化系統(tǒng)需要消除齒輪傳動的齒側(cè)間隙，采取下列哪種方法使得調(diào)整過程中能自動補(bǔ)償齒側(cè)間隙？（軸向壓簧錯齒調(diào)整法）
受控變量是機(jī)械運(yùn)動的一種反饋控制系統(tǒng)稱(伺服系統(tǒng))。數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的伺服電機(jī)屬于設(shè)備的（驅(qū)動部分）。通常，數(shù)控精密鏜銑床等高精度數(shù)控設(shè)備，其伺服系統(tǒng)的控制方式均采用（閉環(huán)控制）
為提高機(jī)電一體化機(jī)械傳動系統(tǒng)的固有頻率，應(yīng)設(shè)法（增大系統(tǒng)剛度）。
下列哪個是傳感器的動特性（幅頻特性）。
下列哪種方法是采用單螺母預(yù)緊原理來消除滾珠絲杠副的間隙？（偏置導(dǎo)程法）
以下產(chǎn)品不屬于機(jī)電一體化產(chǎn)品的是（電子計(jì)算機(jī)）。以下產(chǎn)品屬于機(jī)電一體化產(chǎn)品的是（全自動洗衣機(jī)）。以下除了（繼電器控制系統(tǒng)），均是由硬件和軟件組成。以下抑制電磁干擾的措施，除了（軟件抗干擾），其余都是從切斷傳播途徑入手。
有一脈沖電源，通過環(huán)形分配器將脈沖分配給五相十拍通電的步進(jìn)電機(jī)定子勵磁繞組，已知轉(zhuǎn)子有24個齒，步進(jìn)電機(jī)的步距角是（1.5°）。a=360/(znk)=360/(24*5*2)在開環(huán)控制系統(tǒng)中,常用（步進(jìn)電動機(jī)）做驅(qū)動元件。
二、簡答題
滾珠絲杠副消除軸向間隙的調(diào)整預(yù)緊方法有哪些？
滾珠絲杠副消除軸向間隙的調(diào)整預(yù)緊方法有：螺紋預(yù)緊調(diào)整式、雙螺母差齒預(yù)緊調(diào)整式、雙螺母墊片預(yù)緊調(diào)整式、彈簧式自動調(diào)整預(yù)緊式、單螺母變位導(dǎo)程自預(yù)緊式。步進(jìn)電動機(jī)的輸入信號是什么？如何實(shí)現(xiàn)對其轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向的控制？
步進(jìn)電機(jī)的輸入信號是脈沖序列。步進(jìn)電機(jī)的步矩角α與運(yùn)行拍數(shù)m、通電方式k（m=kn，單拍時k=1，雙拍時k=2，n為定子繞組的相數(shù)）、轉(zhuǎn)子的齒數(shù)z有關(guān)。步進(jìn)電機(jī)定子繞組通電狀態(tài)的改變速度越快，其轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的速度越快，即通電狀態(tài)的變化頻率越高，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越高。改變步進(jìn)電機(jī)定子繞組的通電順序，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向隨之改變。
已知一個繩位移控制系統(tǒng)的兩種驅(qū)動方案分別如圖a和b
所示。
（1）試分析兩種方案的特點(diǎn)；（2）畫圖說明方案（a）減速器滾筒驅(qū)動測量位移的方法。
（a）減速器滾筒驅(qū)動
（b）絲杠滑臺驅(qū)動
解：（1）分析兩種方案的特點(diǎn)：電機(jī)經(jīng)減速器帶動滾筒轉(zhuǎn)動，使驅(qū)動繩產(chǎn)生位移；電機(jī)帶動絲杠轉(zhuǎn)動，絲杠上的螺母便產(chǎn)生直線運(yùn)動，帶動驅(qū)動繩產(chǎn)生位移。
（2）畫圖說明方案（a）減速器滾筒驅(qū)動測量位移的方法
分析下圖調(diào)整齒側(cè)間隙的原理。
1.鎖緊螺母 2.圓螺母 3.帶凸緣螺母 4.無凸緣螺母
答：圖中所示的雙螺母螺紋預(yù)緊調(diào)整齒側(cè)間隙，雙螺母中的一個外端有凸緣，一個外端無凸緣，但制有螺紋，它伸出套筒外用兩個螺母固定鎖緊，并用鍵來防止兩螺母相對轉(zhuǎn)動。旋轉(zhuǎn)圓螺母可調(diào)整消除間隙并產(chǎn)生預(yù)緊力，之后再用
鎖緊螺母鎖緊。
分析下圖中傳動大負(fù)載時消除齒側(cè)間隙的原理。1、6－小齒輪 2、5－大齒輪 3－齒輪 4－預(yù)載裝置
7－齒條
答：小齒輪1、6與齒條7嚙合，與小齒輪1、6同軸的大齒輪2、5分別與齒輪3嚙合，通過預(yù)載裝置4向齒輪3上預(yù)加負(fù)載，使齒輪2、5同時向相反方向移動，從而帶動小齒輪1、6轉(zhuǎn)動，其齒面便分別緊貼在齒條7上齒槽的左、右側(cè)，從而消除了齒側(cè)間隙
分析圖中整體式plc的各組成部分中cpu、存儲器、電源、輸入/出單元的功能。
答:(1)中央處理器cpu是plc的運(yùn)算和控制核心，控制其它所有部件的運(yùn)行，功能相當(dāng)于人的大腦。
(2)存儲器用來存儲數(shù)據(jù)和程序，包括隨機(jī)存儲器(ram)和只讀存儲器〈rom)，用于存儲系統(tǒng)程序和周戶程序。(3)輸入/輸出（i/o）單元是cpu與現(xiàn)場i/o設(shè)備或其它外部設(shè)備之間的連接部件。(4)電源包括系統(tǒng)電源和后備電池，其中后備電池可在停電時繼續(xù)保持幾十小時的供電。
五、計(jì)算題
某工作臺采用如圖所示的直流電機(jī)絲杠螺母機(jī)構(gòu)驅(qū)動，已知工作臺的行程l=250mm，絲杠導(dǎo)程t=4mm，齒輪減速比為i=5，要求工作臺位移的測量精度為0.005mm（忽略齒輪和絲杠的傳動誤差）。
（1）若采用高速端測量方法，將旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在電機(jī)輸出軸上，確定旋轉(zhuǎn)編碼器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)。
簡述對滾珠絲桿副進(jìn)行間隙調(diào)整和預(yù)緊方法
刻線為1024的增量式角編碼器安裝在機(jī)床的絲杠轉(zhuǎn)軸上，已知絲杠的螺距為2mm，編碼器在10秒內(nèi)輸出307200個脈沖，試求刀架的位移量和絲杠的轉(zhuǎn)速分別是多少？ 解：（1）絲杠旋轉(zhuǎn)一周有1024個脈沖，307200個脈沖對應(yīng)于絲杠旋轉(zhuǎn)307200/1024=300周，故刀架的位移量為300*2mm=600mm，（2）絲杠的轉(zhuǎn)速為300*2π//10=60π
（弧度/ 秒）如圖所示的電機(jī)驅(qū)動工作臺系統(tǒng)，其中驅(qū)動x向工作臺的三相雙三拍步進(jìn)電機(jī)，轉(zhuǎn)子齒數(shù)z為100。滾珠絲杠的基本導(dǎo)程為l0=6mm。已知傳動系統(tǒng)的橫向(x向)脈沖當(dāng)量δ為0.005mm/脈沖。試求：（1）步進(jìn)電機(jī)的步距角α；（2）減速齒輪的傳動比i。
解：（1）k=3相，n=3拍，z=100
步進(jìn)電機(jī)的步距角α=360o/(z*m)= 360o/(z*k*n)= 360o/(100*3*3)=0.4 o
（2）由于一個脈沖，步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)0.4 o，工作臺橫向(x向)脈沖當(dāng)量0.005mm，由于滾珠絲杠的基本導(dǎo)程為l0=6mm，對應(yīng)于絲杠轉(zhuǎn)動一周360 o，設(shè)一個脈沖絲杠轉(zhuǎn)動的角度為x，則
6mm/360o=0.005/xo，得x=0.3o 故減速齒輪的傳動比i=0.3/0.4=3/4 某工作臺采用直流電機(jī)絲杠螺母機(jī)構(gòu)驅(qū)動如圖所示，已知電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動慣量jm=4×10-4kg〃m3，與電機(jī)輸出軸相連的小齒輪的轉(zhuǎn)動慣量j1=1×10-4kg〃m3，大齒輪的轉(zhuǎn)動慣量j2=1.8×10-4kg〃m3，絲杠的轉(zhuǎn)動慣量js=3.8×10-4kg〃m3。工作臺的質(zhì)量m=50kg，絲杠導(dǎo)程t=5mm，齒輪減速比為i=5。試求：
（1）工作臺折算到絲杠的等效轉(zhuǎn)動慣量jg；（2）傳動件折算到電機(jī)軸的等效轉(zhuǎn)動慣量je；（3）電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量j。
圖 直流電機(jī)絲杠螺母機(jī)構(gòu)驅(qū)動工作臺 解：（1）jg=m（t/2π）2=50*1000*(0.005/2/3/14)2=0.03166(kg〃m3)(2)je=(j2+js+jg)/i2=（1.8×10-4+3.8×10-4+316.6×10-4）/52= 12.88×10-4
(kg〃m3)(3)j= j1+ je =1×10-4 +12.88×10-4 =13.88(kg〃m3)已知某四級齒輪傳動系統(tǒng)，各齒輪的轉(zhuǎn)角誤差為δφ1=δφ2=…=δφ8=0.01弧度，各級減速比相同，即i1 = i2 =…= i4 =3，求該系統(tǒng)的最大轉(zhuǎn)角誤差δφmax。解：δφmax=δφ1/(i1* i2* i3* i4)+(δφ2+δφ3)/(i2* i3* i4)+(δφ4+δφ5)/(i3* i4)+
(δφ6+δφ7/(i4)+ δφ8=
=0.01/34+ 0.02/33+0.02/32+0.02/3+0.01
=0.01975（弧度）
（2）若采用低速端測量方法，將傳感器與絲杠的端部直接相連，ns=500脈沖/轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)編碼器是否合用？
圖 直流電機(jī)絲杠螺母機(jī)構(gòu)驅(qū)動工作臺
解：（1）設(shè)工作臺位移（測量精度）0.005mm時，絲杠轉(zhuǎn)動的角度為x?，則有
360??x?
4mm0.005mm 得：x?0.45?，若對應(yīng)于電機(jī)軸的角度為y?，則
y?ix??2.25?，安裝在電機(jī)輸出軸上的旋轉(zhuǎn)編碼器共
有360?，故旋轉(zhuǎn)編碼器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為360?/2.25??16（2）因?yàn)?60?/0.45??80> ns=500，故不合用。圖示為電樞控制式直流電動機(jī)的工作原理圖。圖中電機(jī)線圈的電流為i；l與r為線圈的電感與電阻；電機(jī)的輸入電壓為u；折算到電機(jī)轉(zhuǎn)子軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量為jm；電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速分別為t和ω；ke和kt分別為電樞的電勢常數(shù)和轉(zhuǎn)矩常數(shù)，試求輸出轉(zhuǎn)速與輸入電壓之間的傳遞函數(shù)。
解：
??u?ir?li'?ke?(1)?kti?jm?'(2)在零初始條件下進(jìn)行拉氏變換：
??u(s)?i(s)r?lsi(s)?ke?(s)(3)?kti(s)?jms?(s)(4)
由（4）式得i(s)?jms?(s)/kt，帶入到（3）式，得輸
出轉(zhuǎn)速與輸入電壓之間的傳遞函數(shù)
?(s)ku(s)?tljms2?rjms?kekt
五、綜合題
1．如圖所示的系統(tǒng)，試分析齒輪減速器、絲杠螺母機(jī)構(gòu)
及傳感器的誤差對輸出精度的影響。
解：齒輪減速器存在兩種誤差：傳動誤差和回程誤差。傳動誤差主要由溫度或彈性導(dǎo)致的齒輪變形產(chǎn)生；回程誤差主要是由齒輪間隙造成。為提高齒輪傳動系統(tǒng)中傳遞運(yùn)動的精度，各級傳動比應(yīng)按“先小后大”原則分配，設(shè)各級轉(zhuǎn)角誤差為
??k、第k個齒輪到第n級輸出軸的傳動比為
ikn，設(shè)各級轉(zhuǎn)角誤差折算到末級輸出軸上的總誤差為
????n???/imaxmax?knk絲杠螺母機(jī)構(gòu)傳動誤差主要由絲杠與螺母之間的間隙決
k?1
定，通?？捎善溟g的調(diào)整、預(yù)緊調(diào)整到最小程度，由于這個誤差是在末級上，其大小直接影響輸出精度。傳感器的誤差對輸出精度的影響是通過控制產(chǎn)生的，由于傳感的誤差必然導(dǎo)致控制的誤差?？梢哉f，傳感器的誤差直接決定對輸出精度的影響。2．用plc實(shí)現(xiàn)對一臺電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制?？刂埔鬄椋菏紫入妱訖C(jī)正轉(zhuǎn)起動，3秒后自動反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)2秒后自動又回到正轉(zhuǎn)，如此循環(huán)；可以隨時停車。（1）寫出i/o分配表；
（2）選擇plc，畫出梯形圖。
解：（1）電動機(jī)正轉(zhuǎn)起動開關(guān)i0.0，電動機(jī)正轉(zhuǎn)q0.0，電動機(jī)反轉(zhuǎn)q0.1，電動機(jī)停轉(zhuǎn)開關(guān)i0.1。
已知數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)如圖所示，試說明圖中的各個部分屬于機(jī)電一體化系統(tǒng)中的哪一個基本要素？
解答：圖中各部可分為：（1）控制及信息處理單元：
鍵盤、計(jì)算機(jī)、顯示（2）測試傳感部分：光電編碼器、信號處理（3）
能源：電源（4）驅(qū)動部分：功放、電機(jī)（5）執(zhí)行機(jī)構(gòu)：聯(lián)軸器、齒輪減速器、絲杠螺母機(jī)構(gòu)、工作臺 試分析圖示傳動系統(tǒng)中，齒輪減速器的傳動誤差對工作臺輸出精度的影響？
解答：齒輪傳動鏈位于電機(jī)之后，前向通道的閉環(huán)之外，其傳動誤差的低頻分量和高頻分量都不能通過閉環(huán)控制來消除，都會影響輸出精度。
如圖所示的系統(tǒng)，試分析傳感器的誤差對輸出精度的影響。解答：
傳感器位于閉環(huán)之內(nèi)的反饋通道上，其誤差的高頻分量（噪聲信號）因系統(tǒng)的低通作用得到校正，不影響輸出精度；傳感器誤差的低頻分量，如靜態(tài)精度（分辨率等）直
接影響輸出精度，它決定了系統(tǒng)精度的上限。試分析圖示傳動系統(tǒng)中，信號變換電路及絲杠螺母機(jī)構(gòu)的傳動誤差對工作臺輸出精度的影響。
解答：信號變換電路位于輸入通道，誤差的低頻分量會影響輸出精度，因此對靜態(tài)精度有較高要求；而誤差的高頻分量對輸出精度幾乎沒有影響，允許存在一定程度的高頻噪聲。絲杠螺母機(jī)構(gòu)位于閉環(huán)之后，其誤差的低頻分量和高頻分量都會影響輸出精度，因此要盡量消除傳動間隙和傳動誤差。
對比說明步進(jìn)電機(jī)和直流伺服電機(jī)驅(qū)動的特點(diǎn)。（10分）解答：步進(jìn)電機(jī)與直流電機(jī)驅(qū)動的主要有如下不同特點(diǎn)：（1）在工作原理方面，步進(jìn)電機(jī)通過改變輸入脈沖的數(shù)量、頻率和順序來控制電機(jī)；而直流電機(jī)主要是靠改變電樞兩端的電壓來調(diào)速，調(diào)速特性好，調(diào)速范圍寬。（2）步進(jìn)電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)開環(huán)位置控制；而直流電機(jī)一般用于閉環(huán)位置控制。（3）步進(jìn)電機(jī)具有自鎖能力；而直流電機(jī)沒有斷電自鎖能力。（4）步進(jìn)電機(jī)的輸出扭矩較小，而直流電機(jī)的輸出扭矩可以很大。此外，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角不受電源電壓波動的影響，但對電源的要求比較高。
如圖所示電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，已知工作臺的質(zhì)量為m=50kg，負(fù)載力為
f,最大加速度為10m/s2,絲杠直徑為
l?1000nd=16mm,導(dǎo)程t=4mm,齒輪減速比為
i=5,總效率為
??30%，忽略絲杠慣量的影響，試計(jì)算電機(jī)的驅(qū)動力矩。
解：（1）計(jì)算負(fù)載力負(fù)載力由外負(fù)
載力、慣性負(fù)載力兩部分構(gòu)成外負(fù)載力 f慣性負(fù)
l?1000n載力fmfm?m?a?50?10?500n（2）電機(jī)上的負(fù)載力矩
t?1i?t2??(f)?1ml?fm為
?14?10?3
?5?2??(1000?500)?10.3如圖所示電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，?0.63nm已知工作臺的質(zhì)量為m=200kg，負(fù)載力為fl?1500n，最大加速度為a＝5m/s2,工作臺與導(dǎo)軌之間的摩擦系數(shù)μ=0.1，絲杠直徑為d=36mm,導(dǎo)程t=8mm,齒輪減速比為i=5,總效率為??30%，忽略絲杠慣量的影響，試計(jì)算電機(jī)的驅(qū)動力矩。（重力加速度取g＝10m/s2）
解：（1）計(jì)算負(fù)載力負(fù)載力由外負(fù)載力、慣性負(fù)載力和摩擦力三部分構(gòu)成外負(fù)載力f1500n
l?慣性負(fù)載力fm?m?a?200?5?1000n
摩擦力
ff???m?g?0.1?200?10?200n
（2）電機(jī)上的負(fù)載力矩為
t?1?t?1m
i2?(fl?fm?ff)???18?10?315?2??(1500?1000?200)?0.3?2.29nm
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